معرفة

من خلال تحليل أسباب الأعطال، يُمكن تحسين المستوى الفني لتطبيق الأختام الميكانيكية. تُستمد تحسينات التصميم الإنشائي بشكل كبير من تحليل الأعطال. وللحصول على أدق تحليل للأعطال، قد يستغرق الأمر وقتًا طويلًا، بل ويتطلب استخدام تقنيات اختبار متخصصة.

 

I. مبادئ وطرق تحليل فشل الختم الميكانيكي

يجب إجراء تحليل ودراسة مُفصّلة لكل مانع تسرب ميكانيكي، بغض النظر عن سبب العطل، وتسجيل البيانات ذات الصلة. بعد تلف المانع، لا يقتصر سبب العطل على الأجزاء التالفة فقط. يجب جمع مانع التسرب الميكانيكي المُفكك وتنظيفه جيدًا ووضعه بشكل منفصل حسب الأجزاء الثابتة والدوارة، مع إرفاق ملصقات للفحص وحفظ السجلات.

تتم عملية الفحص على النحو التالي: أولاً، تحديد تأثير تلف أجزاء الختم على أداء الختم. بعد ذلك، فحص علامات التآكل على حلقات الختم، وأجزاء ناقل الحركة، وعناصر التحميل المرنة، وحلقات الختم المساعدة، وآليات منع الدوران، ومسامير التثبيت، بالترتيب. كما يجب إجراء فحص شامل للملحقات، مثل الغدة، وغطاء العمود، وتجويف الختم، ونظام الختم. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري فهم ظروف تشغيل المعدات وحالات الأعطال السابقة للختم. بناءً على ذلك، يمكن إجراء تحليل شامل لتحديد السبب الرئيسي للعطل.

 

ثانيًا: تحليل أسباب الأعطال بناءً على آثار التآكل

يمكن أن تعكس آثار التآكل حركة الأجزاء المتحركة وظروف تآكلها. يوفر كل أثر تآكل أدلة مفيدة لتحليل الأعطال. على سبيل المثال، إذا كانت آثار تآكل زوج الاحتكاك منتظمة وطبيعية، وكان التوافق بين كل جزء جيدًا، فهذا يشير إلى أن الماكينة تتمتع بمحورية جيدة. إذا استمر حدوث تسرب عند طرف الختم، فقد لا يكون سببه الختم نفسه. على سبيل المثال، إذا كانت آثار التآكل عند طرف مانع التسرب الميكانيكي لمنفاخ معدني منتظمة وطبيعية، وكان معدل التسرب ثابتًا، فهذا يعني أن التسرب لا يحدث بين طرفي الختم، ولكن ربما في مواقع أخرى، مثل الختم الثابت حيث يكون المنفاخ مثبتًا.

 

عندما يكون التآكل في السطح الطرفي واسعًا جدًا، فهذا يدل على ضعف محورية الآلة. مع كل دورة للعمود، يتعرض الختم لإزاحة محورية وتذبذب شعاعي. من الواضح أنه مع كل دورة، يميل السطح الطرفي للختم إلى الانفصال قليلاً والتسرب. على سبيل المثال، في مضخة الطرد المركزي، تتمثل أسباب التآكل المفرط فيما يلي تقريبًا: عدم محاذاة الوصلة، انحناء عمود المضخة، انحرافه، انخفاض دقة العمود، شد زائد في خط الأنابيب، اهتزاز، إلخ.

 

تشمل أسباب الاهتزاز أيضًا التجويف، والارتفاع المفاجئ، وتأثير المطرقة المائية، وعدم توازن تدفق الوسط. ومع ذلك، فإن الأسباب الأكثر شيوعًا للاهتزاز هي سوء محاذاة الوصلة وضعف دقة تشغيل المحمل.

 

بالنسبة للاهتزازات الناتجة عن الخصائص الهيدروليكية، يُعدّ التحكم في تفريغ المضخة إلى ما دون القيمة التصميمية وتقليل ظاهرة تجويفها إجراءً علاجيًا فعالًا. عندما يكون عرض علامات التآكل أقل من عرض سطح الحلقة الضيقة، فهذا يشير إلى تعرض الختم لضغط زائد، مما يؤدي إلى تشوه سطحه. في هذه الحالة، يجب حل المشكلة بتعديل هيكل الختم واستخدام هيكل مانع تسرب يتحمل الضغط العالي.

 

بعد فترة من تشغيل المانع التسرب الميكانيكي، إذا لم تظهر أي علامات تآكل على سطح الاحتكاك، فهذا يدل على تسرب المانع في بداية الاستخدام. تأكسد الوسط المتسرب وترسب بالقرب من حلقة الختم، مما أعاق إزاحتها. هذا الوضع هو سبب التسرب. في السوائل عالية الحرارة واللزوجة، يزداد احتمال حدوث هذا التسرب إذا استمر.

 

بالنسبة لأختام المنفاخ المطاطي، إذا لم تظهر علامات تآكل على سطح الاحتكاك، فهذا يشير إلى احتمالية ضغط أسطح الختم، وعدم وجود دوران نسبي بين أزواج الاحتكاك، ولكن يدور المنفاخ المطاطي بالنسبة للعمود. في هذه الحالة، سيتآكل الزنبرك، وستتآكل الأجزاء الثابتة والدوارة أيضًا.

 

أحيانًا، لا تدور الحلقة الدوارة بالنسبة للحلقة الثابتة، بل تدور بالنسبة لغطاء الحلقة الثابتة. في هذه الحالة، لا تظهر علامات تآكل على سطح الاحتكاك. قد يكون السبب كسر دبوس منع الدوران، أو أن قطر فتحة غطاء الحلقة الثابتة أصغر من القطر الخارجي للمانع، أو أنه غير مُركّب بشكل صحيح.

 

إذا ظهرت بقع ساطعة دون علامات تآكل على سطح الختم، فهذا يدل على تعرض السطح لتشوه كبير نتيجة الانحناء. ويحدث هذا بسبب ضغط السوائل الزائد، وضعف صلابة حلقة الختم، والتركيب غير السليم. بالنسبة للأختام الميكانيكية الخارجية، قد تحدث هذه الظاهرة أيضًا إذا كانت الحلقة غير المعوّضة مثبتة ببرغيين فقط، وكان غطاء الحلقة الساكنة غير سميك بما يكفي، أو إذا كان سطح نهاية التثبيت غير مسطح.

 

تظهر أخاديد عميقة (أنماط حلقية، تشبه الأخاديد الكثيفة على الأسطوانة) على سطح الحلقة الصلبة. السبب الرئيسي هو سوء محاذاة وصلة المضخة أو ضعف ثبات مانع التسرب. عندما يتسبب الاهتزاز في انفصال أسطح مانع التسرب، تتسلل جزيئات كبيرة بينها. إذا كانت الجزيئات عالقة في سطح حلقة مانع التسرب اللينة المصنوعة من الكربون والجرافيت، فإن الحلقة اللينة تطحن السطح الصلب كعجلة طحن، مما يتسبب في تآكل مفرط للسطح الصلب. إذا كان انفصال الأسطح ناتجًا عن الاهتزاز، فستظهر أيضًا علامات تآكل غير طبيعية على دبابيس ناقل الحركة ومكونات ناقل الحركة الأخرى.

 

بالنسبة للأختام الميكانيكية العاملة في وسائط حبيبية، يُعد استخدام الأسطح الصلبة لجميع المواد المزدوجة حلاً فعالاً للأخاديد العميقة على سطح الختم. على سبيل المثال، يُعدّ دمج السبائك الصلبة مع السبائك الصلبة أو مع كربيد السيليكون الخيار الأمثل، إذ لا يمكن دمج الجسيمات في أيٍّ من السطحين، بل تُطحن وتمر بينهما.

 

قد تكون علامات التآكل على السطح الخارجي لغلاف العمود المعدني ناتجة عن دخول جزيئات صلبة إلى الغلاف، مما يعيق إمكانية تتبع الختم؛ أو قد يكون ناتجًا عن انحراف العمود وانحراف محوري كبير بين العمود وتجويف الختم.

 

ثالثًا. تلف مواد الواجهة النهائية بسبب الحمل الحراري

يشير ظهور الشقوق على أحد وجهي النهاية أو كليهما إلى أن المسافة بينهما كبيرة جدًا. عند ضغط وجهي النهاية بقوة، تظهر الشقوق. من الأسباب الشائعة لانفصال وجه النهاية التبخر السريع للوسط. على سبيل المثال، يتمدد الماء، وخاصةً في أنظمة الماء الساخن أو السوائل التي تحتوي على ماء مكثف، عند تبخره، مما يؤدي إلى فصل وجهي النهاية. كما يمكن أن يتسبب التجويف في المضخة وانسداد مانع التسرب في ظهور شقوق على وجهي النهاية. في هذه الحالة، لا ينتج ذلك عن اهتزاز أو سوء محاذاة الوصلة، لأن هذا لا يكفي لإحداث شقوق على وجهي النهاية.

يُعدّ خفض درجة حرارة الأسطح الطرفية طريقةً شائعةً لمنع تلفها الناتج عن التبخر السريع للوسط. في الوقت نفسه، يُعدّ استخدام مواد ذات موصلية حرارية جيدة لربط الأسطح الطرفية مفيدًا أيضًا، مثل ربط سبائك النيكل الصلبة بالجرافيت المشبع بالنحاس. بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ استخدام أختام ميكانيكية متوازنة، أو استخدام أغطية غدد خاصة لحقن سائل التبريد من الخارج، أو تبريد تجويف الختم مباشرةً، فعّالًا جدًا في خفض درجة حرارة الأسطح الطرفية للختم.

غالبًا ما تظهر على الأختام الميكانيكية التالفة شقوق شعاعية دقيقة جدًا على أسطح طرفي زوج الاحتكاك، أو شقوق شعاعية مع علامات فقاعات مائية، أو حتى تشققات. يحدث هذا بسبب ارتفاع درجة حرارة الختم، وخاصةً أسطح الختم الخزفية والسبائكية الصلبة المعرضة لهذا التلف. ضعف تزييت الوسط، أو الحمل الزائد، أو ارتفاع درجة حرارة التشغيل، أو السرعة الخطية العالية، أو عدم ملاءمة المواد، أو أي من هذه العوامل أو مجموعة من العوامل، يمكن أن تُولّد حرارة احتكاكية مفرطة. إذا لم يتم تبديد حرارة الاحتكاك في الوقت المناسب، فستحدث شقوق حرارية. تعمل هذه الشقوق الدقيقة كحواف قاطعة، حيث تقطع الجرافيت الكربوني أو مواد التزاوج الأخرى، مما يؤدي إلى تآكل مفرط وتسرب كبير. لحل مشكلة ارتفاع درجة حرارة الختم، بالإضافة إلى تغيير معامل توازن السطح النهائي وتقليل الحمل، يمكن استخدام أختام ثابتة مزودة بأكمام توجيهية لدفع سائل التبريد المتداول إلى سطح الختم، أو يمكن فتح أخاديد هيدروديناميكية على السطح النهائي للختم لحل المشكلة.

توجد العديد من البقع الساخنة الصغيرة ومناطق متفرقة متغيرة اللون على سطح الاحتكاك، مما يشير إلى تشوه الختم والتواءه تحت ضغط عالٍ وتأثير حراري. لتحديد التشوه الحراري للسطح، يجب استخدام طريقة العناصر المحدودة لحساب وتحليل التشوه لتحسين تصميم حلقة الختم.

قد تتقشر أو تتقشر طبقات حلقات الختم المرشوش عليها مواد صلبة، سواءً أكانت سيراميكية أم سبائكية، عن المادة الأساسية تحت تأثير الحمل الحراري. تشير هذه الظاهرة إلى تعرض الختم للاحتكاك الجاف. لتجنب هذه الظاهرة، يجب أولاً التحقق من كفاءة تزييت وتبريد الختم، ووجود انسداد في نظام التبريد، وسير العمل بشكل صحيح، واتخاذ الإجراءات اللازمة بناءً على الحالة الفعلية.

إذا كان لديك أي سؤال أو طلب لتطوير المنتجات أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بك، فلا تتردد في الاتصال بنا على info@castings-forging.com